DE69017029T2 - Verfahren und vorrichtung zur nichtzerstörenden prüfung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen hin auf das Vorliegen von Defekten in elektrisch leitenden Materialien sowie auf eine Vorrichtung hierfür. Das Verfahren und die Vorrichtung sind zur Überprüfung von Materialien und Strukturen an Stellen von kreisförmiger Symmetrie anwendbar und sind allgemein, wenngleich nicht ausschließlich, für die Erfassung von Defekten unter oder um Befestigungseinrichtungen herum gedacht, wie beispielsweise Nieten in Flugzeughüllen oder ähnlichen Strukturen.
• Die in Flugzeughüllen oder ähnlichen zur Anbringung von Nietverbindungen usw. vorgesehenen Löcher stellen Stellen dar, bei denen es wahrscheinlich ist, daß sich Spannungen konzentrieren, so daß sie demzufolge anfällige Bereiche für den Beginn von Ermüdungsbrüchen sind. Flugzeugstrukturen weisen üblicherweise eine Vielzahl von eingebauten Befestigungsvorrichtungen auf, so daß sich die Notwendigkeit ergibt, diese Strukturen einfach und zuverlässig untersuchen zu können, um kleine, an Befestigungspositionen auftretende Ermüdungsbrüche zu erfassen, bevor diese Brüche eine Größe erreichen, bei der sie ein Sicherheitsrisiko darstellen oder schwierig zu reparieren sind. Natürlich ist es wünschenswert, derartige Untersuchungen vor Ort vorzunehmen, ohne daß die Oberflächenbemalung (falls vorhanden) oder die Befestigungseinrichtungen selbst entfernt werden müßten.
• Eine bekannte Technik zur Untersuchung von Defekten unter der Oberfläche in leitenden Materialien nutzt die elektromagnetischen Auswirkungen von Wirbelströmen, die in der zu untersuchenden Struktur durch das Anlegen eines zeitveränderlichen Magnetfelds induziert werden. Dieser Technik machen Oberflächenbemalungen nichts aus, sie wurde zur Untersuchung von Fehlstellen in Flugzeugstrukturen an den Orten von Befestigungsvorrichtungen verwendet. Die früheren britischen Patente GB 2028510B und GB 2078965B der Erfinder beschreiben zwei Varianten einer Vorrichtung, die derartige Defekte erfaßt, indem sie die von einer Wandlerspule gezeigte Impedanzänderung erfaßt, die sich aufgrund deren Wechselwirkung mit dem in der Struktur induzierten Wechselfeld ergibt, wenn sie schrittweise um den Umfang einer Befestigungsvorrichtung herum geführt wird. Die Impedanz der Wandlerspule ist teilweise abhängig von dem Reaktionsfeld der Wirbelströme in der Teststruktur, von diesem Anteil kann eine Veränderung erwartet werden, wenn die normale Verteilung der Wirbelströme, die in dem die Befestigungseinrichtung umgebenden Material induziert wird, durch die Anwesenheit eines Risses gestört wird. Das britische Patent GB 1 113 007 offenbart eine Vorrichtung, die in einer Sonde eine Topfspule und zwei Hall-Effekt-Vorrichtungen aufweist, die um die Befestigungsposition herum gedreht wird, um das Reaktionsfeld und dessen Änderungen zu erfassen. Alle in den obengenannten Patentbeschreibungen offenbarten Vorrichtungen bauen auf die stabilen Kennlinien von Wirbelströmen, die durch eine sinusförmige Erregung o.ä. induziert werden.
• Ein Problem der vorbekannten Systeme, beispielsweise des des Erfinders, liegt darin, daß Spulenwandler zu einer geringen räumlichen Auflösung führen, da sie immer vergleichsweise viel Fläche der Oberfläche der Teststruktur einnehmen. Die Empfindlichkeit der Spulen ist außerdem stark frequenzabhängig und proportional zur zeitlichen Ableitung des betrachteten magnetischen Flusses. Dies begrenzt die Fähigkeit, unter dem Gesichtspunkt der Erfassung von Defekten in der Tiefe eine optimale Frequenz zu verwenden. Die ungünstigste Situation für ein auf Wirbelströme gestütztes System ist eine Struktur, die nichtmetallisches Material mit metallischen Befestigungseinrichtungen aufweist. Solche Strukturen sind bei heutigen Flugzeugen allgemein üblich, wenn nicht sogar vorherrschend, so daß eine geeignete prüfeinrichtung mit derartigen Strukturen zurechtkommen muß. Das metallische Befestigungsmaterial überlagert das Magnetfeld innerhalb der Teststruktur stark und neigt dazu, Wirbelstromsignale aus Defekten im umgebenden Material zu überdecken. Außerdem führt jede Oberflächengestaltung der Befestigungseinrichtungen, wie etwa die allgemein üblichen zahnartigen Vertiefungen oder Identifikationsmarken, zu starken Störungen, von denen Defektsignale schwer zu unterscheiden sind, wenn die Befestigungsvorrichtung metallisch und die Verbundstruktur nichtmetallisch ist. Kein gegenwärtiges, dem Erfinder bekanntes, kommerzielles Wirbelstrom-Untersuchungsgerät wird dieses Problems Herr, das gleiche gilt für die in den oben erwähnten Patentbeschreibungen offenbarten Geräte.
• Erfindungsgemäß soll ein leichter und wirksamer Weg zur Untersuchung von Strukturen am Ort von Befestigungseinrichtungen angegeben werden, der Empfindlichkeit und Unterscheidungsfähigkeit sowohl in der Tiefe als auch hinsichtlich der räumlichen Orientierung bietet, selbst wenn nichtmetallische Strukturen verwendet werden, die metallische Befestigungseinrichtungen haben. Erreicht wird dies durch die Anwendung einer Impulsechoform einer Wirbelstromuntersuchung, die neue und erfinderische Merkmale aufweist.
• Impulsecho-Wirbelstromuntersuchungstechniken sind schon bekannt. In der GB 1197849 sind mehrere Vorrichtungen offenbart, die dieses Prinzip anwenden. Bei dieser Vorrichtung wird eine Spule verwendet, um schmale Magnetfeldimpulse in eine Probe einzuleiten. Eine getrennt vorgesehene Spule wird zur Messung des zurückreflektierten Feldes verwendet. Der anfängliche Impuls kann um einen variablen Betrag verzögert und zum Anstoßen einer Schaltung verwendet werden, die das reflektierte Feld mit beliebiger Zeitverzögerung erfaßt bzw. abtastet. Die Spulenanordnung wird über die Probenoberfläche bewegt (vermutlich manuell), und die Ausgabe liegt in Form von Bahnen vor, die direkt mit dem Auge betrachtet werden können. Das Verfahren ist nicht im Zusammenhang mit der Untersuchung von Defekten am Ort von Befestigungseinrichtungen offenbart, das Verfahren bzw. die Ausrüstung hierfür, wie sie offenbart sind, sind für eine solche Verwendung auch nicht geeignet.
• In den ähnlichen US-Patenten US 4 271 393 und US 4 383 218 ist eine Impulsecho-Wirbelstromausrüstung offenbart, die für eine derartige Anwendung gedacht ist. Diese Ausrüstung legt Stromimpulse mit langer Anstiegszeit an eine Erregerspule an und zeigt das Signal des reflektierten Felds beispielsweise auf einem Speicheroszilloskop an. Defekte werden erfaßt, indem die angezeigte Signalwellenform mit Kallibrierdaten verglichen wird. Kleine Defekte können durch eine derartige Ausrüstung jedoch nicht zuverlässig erkannt werden, da es viele andere Quellen für Signalveränderungen gibt, die in einer Ausrüstung, die zur Erstellung des Hintergrundsignalpegels Kallibrierdaten verwendet, nur schwer eliminiert werden können.
• Die vorliegende Erfindung verwendet ein wiederholtes breitbandiges Erregungssignal und einen beweglichen magnetischen Detektor, und das Signal des reflektierten Feldes wird durch Gatter geleitet zu Zeitintervallen, die mit den angelegten Signalteilen synchronisiert sind, nämlich zu einem Signalteil innerhalb jeder Wiederholung des Erregungssignalzyklus, um die Unterscheidungsfähigkeit bei Untersuchungen in der Tiefe zu ermöglichen, während die von Defekten reflektierten Signale erfaßt werden, indem Variationen des Signalpegels innerhalb einer individuellen Folge von Signalteilen entsprechend veränderlichen Positionen auf einem Untersuchungspfad isoliert werden.
• Das beanspruchte Verfahren ist ein Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen eines elektrisch leitenden Gegenstands auf die Anwesenheit von Defekten hin mittels eines Wirbelstromverfahrens, bei dem ein wiederholtes Erregungssignal an eine Spule angelegt wird, die sich auf dem Gegenstand befindet und die entweder so ausgebildet ist, daß sie einen kreisförmigen Einwirkungsbereich hat, oder die gedreht wird, um einen solchen zu erzeugen, ein Magnetfelddetektor wird längs eines kreisförmigen Untersuchungspfads auf der Oberfläche des Gegenstands und innerhalb des Einwirkungsbereiches des Magnetfelds bewegt, wobei das vom Magnetfelddetektor erzeugte Feldsignal auf Veränderungen seines Echcanteils als Folge seiner Positionsänderung auf dem Untersuchungspfad überprüft wird, und wobei der Magnetfelddetektor eine Hall-Effekt-Vorrichtung oder eine andere Vorrichtung ist, die aufgrund einer kleinen Sensorfläche eine gute räumliche Auflösung aufweist, die auf niederfrequente Änderungen des Magnetfelds anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ein Impulsechoverfahren ist, das ein an die Erregerspule angeregtes Rechteckwellen-Erregungssignal verwendet, das mit der Bewegung des Magnetfelddetektors synchronisiert ist: und weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Magnetfelddetektors wie folgt verarbeitet wird:
• i. innerhalb des Feldsignals des Magnetfelddetektors wird zumindest eine Abfolge aufeinanderfolgender, einander entsprechender Signalteile definiert, nämlich je ein Signalteil innerhalb jeder Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen des Rechteckwellen-Erregungssignals, indem zu festgesetzten Zeitintervallen, die mit dem Erregungssignal synchronisiert sind, das Feldsignal für jede jeweilige Abfolge durch Gatter geleitet wird, so daß jede der jeweiligen Abfolgen aufeinanderfolgender Signalteile alle Echos der erregenden Rechteckwelle registriert, die vom Magnetfelddetektor an Positionen längs des Untersuchungspfads aus einem Tiefenbereich innerhalb des zu untersuchenden Gegenstands registriert werden, für die die zusammengesetzte Signallaufzeit zu dieser Tiefenzone hin und von dieser weg in das durch das Gatter geschaffene Zeitintervall fallen; und
• ii. es wird der Signalpegel innerhalb jedes Signalteils jeder dieser Abfolgen gemessen und die gemessenen Pegel derselben längs der entsprechenden Folge miteinander verglichen, um dadurch jede Pegeländerung des vorherrschenden Hintergrundpegels in der Abfolge der Signalteile zu identifizieren, wobei eine solche Änderung die Folge der Erfassung eines Echos eines Defekts im Material des zu testenden Gegenstands in derjenigen Tiefenzone ist, die dem durch das Gatter geschaffenen Intervall entspricht, und wobei die Richtung der Position des Defekts durch die zeitliche Position der Pegeländerung innerhalb der jeweiligen Abfolge von Signalteilen angezeigt wird.
• Die Signalteile des Feldsignals können zeitlich in bezug auf die Perioden zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle so gelegt werden, daß sie eine Untersuchungszone beliebiger Dicke und jeder benötigten Tiefe festlegen.
• Wenn Oberflächenstörungen zu Problemen führen, kann aus dem Untersuchungsbereich ein zur Überwindung dieses Problems ausreichender Bereich in der Nähe der Oberflächenzone ausgeschlossen werden. Um dies zu erreichen, wird das Feldsignal zu gesetzten Zeitintervallen so durch ein Gatter gelassen, daß zumindest eine jeweilige Folge von Signalteilen definiert wird, die eine erste zeitliche Position des Feldsignals in der Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle ausschließen, wobei dieser ausgeschlossene Zeitbereich ausreichend groß dafür ist, die Hinzunahme von Echos der anregenden Rechteckwelle von der Oberfläche des zu testenden Gegenstands innerhalb des Signalteils jeder dieser Folgen auszuschließen.
• Das Verfahren kann dazu verwendet werden, die Struktur des Gegenstands unter der Oberfläche als eine Folge von übereinanderliegenden Schichten (beliebiger Anzahl für angemessene Tiefenauflösung) zu untersuchen, indem Zone für Zone die Zeitbegrenzung für die jeweiligen Folgen der Feldsignalteile geeignet gewählt wird.
• Wenn das Verfahren zur zerstörungsfreien Untersuchung an Befestigungseinrichtungs-Positionen verwendet wird, ist es wichtig, eine ausreichende Ausrichtung des Mittelpunkts des Untersuchungswegs mit dem Mittelpunkt des Kopf s der Befestigungseinrichtung sicherzustellen, wenngleich ein gewisser Ausrichtungsfehler durch geeignete Signalverarbeitung ausgeglichen werden kann. Ein Signal, das eine bestehende Fehlausrichtung anzeigt und das nicht durch Echos der anregenden Rechteckwelle von unterhalb der Oberfläche her gestört wird, kann gewonnen werden, indem die Auswahl des Feldsignals durch das Gatter zeitlich so festgelegt wird, daß eine Folge von Signalteilen definiert wird, die lediglich aus einem ersten zeitlichen Bereich der Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle besteht.
• Die für die Verwendung im beanspruchten Verfahren beanspruchte Vorrichtung umfaßt eine Anregungsspule, einen Magnetfelddetektor, der eine Hall-Effekt-Vorrichtung oder eine ähnliche Vorrichtung mit guter räumlicher Auflösung aufgrund einer kleinen Sensorfläche ist und die auf niederfrequente Änderungen des Magnetfelds anspricht, und eine Drehantriebseinrichtung, wobei alles gemeinsam in einer Sondeneinheit angeordnet ist, die auf dem zu testenden Gegenstand anzuordnen ist, und wobei die Sondeneinheit so konstruiert ist, daß der Magnetfelddetektor durch die Drehantriebseinrichtung längs eines kreisförmigen Überprüfungswegs bewegt wird, der über und unmittelbar an dem zu überprüfenden Gegenstand liegt, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aufweist:
• i. einen Anregungssignal-Generator, der die Anregungsspule mit einem periodischen Rechteckwellen-Anregungssignal beauf schlagt, das mit der Bewegung des Magnetfelddetektors synchronisiert ist;
• ii. einen Feldsignal-Prozessor, der der Verarbeitung der Ausgabe des Magnetfelddetektors dient und der zumindest einen Kanal aufweist, wobei jeder Kanal eine Schaltvorrichtung aufweist, die dazu dient, das vom Magnetfelddetektor einlaufende Feldsignal in Zeitintervallen durch ein Gatter laufen zu lassen, die mit dem Recheckwellen-Anregungssignal synchronisiert sind, um eine Folge von aufeinanderfolgenden, einander entsprechenden, zeitbegrenzten Signalteilen desselben weiterzuleiten, und zwar ein solches Signalteil für jede Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen des rechteckwelligen Anregungssignals, sowie eine Integrationsschaltung, die der Integrierung des Signals innerhalb jedes weitergeleiteten Signalteils der Folge dient;
• iii. eine Meßeinrichtung, die der Messung des integrierten Signalpegels für jedes Signalteil des Feldsignals in seiner jeweiligen Folge für einen oder jeden Kanal des Feldsignalprozessors dient; und
• iv. eine Einrichtung, die der Durchführung eines Vergleichs zwischen den gemessenen integrierten Signalen für jedes Signalteil des Feldsignals in einer jeweiligen Folge dient, so daß Veränderungen desselben im Vergleich zum Hintergrundpegel erkennbar werden.
• Der Feldsignalprozessor kann eine beliebige Anzahl von Kanälen aufweisen. Beispielsweise kann es nur einen Kanal geben mit Einrichtungen zur Einstellung der zeitlichen Grenzen, die das durchgelassene Band festlegen, oder es kann mehr als einen Kanal geben und jeder dieser Kanäle hat unterschiedliche vorab gesetzte Zeitgrenzen.
• Vorzugsweise weist die Vorrichtung einen Computer auf, der einen Prozessor und eine Speichereinheit hat, wobei der Computer so konfiguriert und gesteuert wird, daß er die Synchronisierung zwischen dem Anregungssignalgenerator und die aufeinander abgestimmten Tätigkeiten der Schaltvorrichtung in jedem Kanal des Feldsignalprozessors bewirkt.
• Vorzugsweise ist auch der Computer so konfiguriert und programmiert, daß er die Meßeinrichtung dazu veranlaßt, jedes Signalteil in seiner jeweiligen Abfolge zumindest einmal für jedes Signalteil abzutasten, und zwar zu Zeitpunkten, die mit der anregenden Rechteckwelle synchronisiert sind, und daß er für jedes dieser Signalteile einen Wert oder einen Durchschnittswert erzeugt, der mit Werten anderer solcher Signalteile in der gleichen Folge verglichen werden kann.
• Das Feldsignal vom Magnetdetektor kann Halbwellensignale alternierender Polarität (anstelle wiederholter Signale gleicher Polarität) aufweisen, und um sicherzustellen, daß der integrierte Signalpegel einen von Null verschiedenen Wert hat, können im Feldsignalprozessor Einrichtungen zur Gleichrichtung des Feldsignals vorgesehen sein. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist für jeden Kanal des Signalprozessors eine Phasenumkehrvorrichtung vorgesehen, und gesteuert durch den Computer wird jede Schaltvorrichtung so betätigt, daß sie in von Halbwelle zu Halbwelle abwechselnder Reihenfolge das natürliche Signal und das phaseninvertierte Signal weiterleitet.
• Die Vorrichtung weist vorzugsweise eine optische Anzeigeneinheit auf, sie kann aber auch eine andere Einrichtung zur Erstellung von Ausgabedaten, beispielsweise gedruckte Aufzeichnungen, aufweisen.
• Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die für die Verwendung an Befestigungseinrichtungspositionen angepaßt ist, kann eine Anzeige vorgesehen sein, die Ausrichtungsfehler zwischen der Sonde und der Befestigungseinrichtung angibt. Um die für die Erzeugung der Anzeige notwendigen Daten bereitzustellen, werden die jeweiligen Kanäle des Signalprozessors (oder ein Kanal, der so gesteuert wird, daß er entsprechend arbeitet) so gesteuert, daß die Schaltvorrichtung nur den ersten Teil eines jeden Abschnitts des Feldsignals zwischen aufeinanderfolgenden Wiederholungen des Anregungssignals durch das Gatter läßt, und dieses abgeteilte Signal wird integriert und abgetastet wie weiter oben beschrieben, um in der Abfolge von Signalteil zu Signalteil Vergleiche durchführen zu können. Das Muster des Ausrichtungsfehlersignals ändert sich mit dem Grad der Fehlausrichtung, weist aber einen charakteristischen Spitzenpegel auf, dessen Zeitpunkt den Winkel des Korrekturvektors festlegt. Wenn das Signal wie beschrieben abgeteilt wird, ist es frei von Störungen durch Reflexionen von unter der Oberfläche her, dies ist wichtig für die Bestimmung des Winkels des Korrekturvektors. Das Ausmaß der Fehleinrichtung wird aus dem Spitzenwert der Signalfolgenkette abgeschätzt, die Neuausrichtung wird auf iterativer Basis vorgenommen.
• Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird die Erfindung nun beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Querschnitt der elektromagnetischen Einheit;
• Fig. 2 eine Ansicht von unten der gesamten elektromagnetischen Einheit längs der in Fig. 1 gezeigten Linie AA;
• Fig. 3 einen Querschnitt der Werkstück-Sonde;
• Fig. 4 ein Blockdiagramm zur Darstellung der Komponenten des elektronischen Systems;
• Fig. 5 ein Schaltdiagramm zur Darstellung der analogen Schaltungen;
• Fig. 6 ein Wellenformdiagramm zur Darstellung der Signalform an verschiedenen Punkten der analogen Schaltung;
• Fig. 7 die Darstellung einer typischen ausgegebenen Anzeige.
• Die Beschreibung einer beispielhaften Form eines Geräts, das die beanspruchte Defekterfassungsausrüstung darstellt, sowie ihres Betriebs gemäß dem beanspruchten Verfahren erfolgt im Hinblick auf die Anwendung derselben auf die Erfassung von Rissen in Flugzeug-Hüllmaterial o.ä., das eine nichtmetallische, auf Aluminium basierende Legierung enthält in nächster Nähe einer Befestigungseinrichtung, beispielsweise einer Niete, die metallisches Material aufweist. In Fig. 1 ist die zu prüfende Struktur als zwei Schichten einer Aluminiumlegierung dargestellt, bezeichnet durch 1 und 2, die mittels einer Nietbefestigung 3 in flach abschließender Senkkopfausführung miteinander verbunden sind, wodurch die Schichten 1 und 2 zu einer nicht dargestellten Tragestruktur verbunden werden. Ein Bestandteil der Ausrüstung ist eine Sonde (Nr. 10 in Fig. 3), sie weist, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, eine elektromagnetische Einheit 4 auf. Die elektromagnetische Einheit 4 weist einen topfartigen Kern 5 aus Ferritmaterial auf, eine kreisförmig gebundene Anregungsspule 6 und einen Magnetfelddetektor 7. Im dargestellten Aufbau sind all diese Elemente miteinander befestigt, um zu einem einheitlichen Aufbau zu führen.
• Bei der Verwendung der Ausrüstung wird die elektromagnetische Einheit 4 innerhalb der Sonde 10 zusammen mit der Erregerspule 6 und dem aktiven Detektor 7 gedreht, die Sonde wird über der zu überprüfenden Struktur so angeordnet, daß sie über einer bestimmten Befestigungseinrichtung liegt, und wird manuell so eingestellt, daß sie bezugnehmend auf ein später zu beschreibendes Positionsanzeigesystem mittig über der Befestigungseinrichtung zu liegen kommt.
• Der durch die Erregerspule 6 fließende Strom ruft ein Magnetfeld hervor, das die Teststruktur durchdringt. Liegt weder eine Fehlausrichtung zwischen Spule 6 und Befestigungseinrichtung 3 noch innerhalb dieses Bereichs ein Sprung vor, wird das Feld um die Befestigungsrichtung herum kreissymmetrisch sein, wobei die Feldlinien allgemein das mit 8 bezeichnete Muster haben. In der Praxis wird wohl immer eine gewisse Fehlausrichtung verbleiben, die zu einer Asymmetrie des Felds in bezug auf die Mitte der elektromagnetischen Einheit 4 führt, dies spiegelt sich wider in einem Ausrichtungsfehler in der Ausgabe im Magnetfelddetektor, der sich sinusförmig mit dem Drehwinkel der elektromagnetischen Einheit ändert. Dieser Ausrichtungsfehleranteil des Signals kann durch Signalverarbeitung identifiziert und entfernt werden.
• Wenn die Befestigungseinrichtung 3 aus eisenhaltigem Material ist, hat sie eine merklich höhere magnetische Permeabilität als das sie umgebende Material aus Aluminiumlegierung und neigt deshalb dazu, für den in ihr hervorgerufenen Fluß als Leiter zu wirken. Es stellte sich heraus, daß kein Leistungszuwachs erzielt werden kann, wenn ein Magnetkern 5 verwendet wird, der in der Mitte einen Rand hat, dessen Durchmesser merklich größer oder kleiner als der des Befestigungskopfes ist. Der mittlere Rand wird so bemessen, daß er einen Durchmesser hat, der etwas kleiner ist als ein typischer Befestigungseinrichtungskopf, über dem er verwendet wird. Der Gesamtdurchmesser des Kerns 5 und die durch die Erregerspule 6 hervorgerufene magnetische Kraft legen den Einwirkungsbereich und die Eindringtiefe fest. Der Magnetdetektor 7 wird so angeordnet, daß er für diejenige Komponente des einfallenden Magnetfelds empfindlich ist, die normal zur Oberfläche der zu überprüfenden Struktur verläuft, dies ermöglicht es, daß das Vorliegen von feldverändernden Gegebenheiten, wie beispielsweise Defekte, als eine Veränderung der Pegels während der kreisförmigen Überprüfung durch den Detektor erfaßt werden können. Bei der beschriebenen Ausrüstung ist der Magnetdetektor 7 eine Hall-Effekt-Vorrichtung, die verwendet wird, weil sie physisch eine kleine Fläche aufweist (was zu guter räumlicher Auflösung führt) und bis hinunter zu Gleichstrom ein gutes Ansprechverhalten gegenüber Niederfrequenz hat.
• Fig. 3 zeigt die Ausrüstung, die die allgemein mit 10 bezeichnete Werkstücksonde aufweist. Die elektromagnetische Einheit 4 wird durch einen Schrittmotor 11 angetrieben, wobei beide über eine angetriebene Welle 12 miteinander verbunden und an einem Halterahmen 13 aus nicht eisenhaltigem Material befestigt sind. Der Halterahmen 13 weist Fußbereiche 14 auf, mittels derer er auf der (in Fig. 3 nicht dargestellten) zu überprüfenden Struktur ruht. Die Antriebswelle 12 wird durch ein Lager 15 gehaltert, auf der Welle sind Schleifringe 16 und ein Ringelement 17 angebracht. Die Antriebswelle 12 ist hohl, und (nicht dargestellte) elektrische Verbindungen laufen von der elektromagnetischen Einheit durch die Antriebswelle 12 und dann über die Schleifringe 16 zu einem Stecker 18. Das Ringelement 17 weist einen exzentrisch angeordneten Magneten auf, und am Halterahmen 13 ist ein magnetischer Aufnehmer 19 in einer Position derart befestigt, daß er auf die Drehung des Ringelements 17 anspricht, um einen elektronischen Positionsimpuls einmal pro Umdrehung der elektromagnetischen Einheit 4 zu erzeugen.
• Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das alle Funktionseinheiten der Ausrüstung sowie ihre Beziehung zueinander zeigt. Die Ausrüstung wird durch einen Mikroprozessor 30 gesteuert, der über eine 8-Bit-Daten/Adreß-Bus-Leitung, mit 31 bezeichnet, mit den anderen Elementen des Systems kommuniziert. Eine im Mikroprozessor 30 vorhandene Uhr erzeugt in 300 Mikrosekunden-Intervallen Interupts. Über den Bus 31 werden sie verteilt und dienen u.a. dazu, verschiedene koordinierte Maßnahmen zu synchronisieren. Über ein Halteglied 32 wird der Schrittmotor 11 durch digitale Befehle vom Bus 31 gesteuert. Bei jedem vierten Interupt werden Ansteuerungsbefehle ausgegeben, um den Schrittmotor mit 200 Schritten pro Umdrehung und einer Rotationsgeschwindigkeit von etwa 4 Umdrehungen pro Sekunde zu drehen. Der Mikroprozessor 30 kann auf den Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 33 und den nur zu lesenden Speicher (ROM) 34 zugreifen. Ein Graphikprozessor 35, der unabhängig auf RAM 36 zugreifen kann, steuert die optische Anzeigeeinheit (VDU) 37. Eine Analogschaltungsplatine 38 stellt die Schnittstelle zwischen dem digitalen System und der elektromagnetischen Einheit 4 dar. Innerhalb dieser Leiterplatte 38 sind, wie später erklärt wird, mehrere Kanäle vorgesehen, in der Figur sind zwei dargestellt. Ein Digital/Analog- Wandler (DAC) 39 liefert vom Bus 31 her eine Eingabe, die dazu dient, das Erregungssignal der elektromagnetischen Einheit 4 zu steuern. Außerdem sind DACs 40 und 41 mit entsprechenden Kanälen der Signalverarbeitungsschaltung auf der Analogschaltungsplatine 38 verbunden. Die Ausgaben dieser Kanäle werden über einen Multiplexer 42 an einen Analog/Digital-Wanlder (ADC) 43 und von dort zum Systembus 31 geleitet.
• Der nächste Teil der Beschreibung nimmt Bezug auf die Fig. 5, 6 und 7. Fig. 5 zeigt die zu einem Kanal der Ausrüstung gehörenden Elemente sowie ihre Verbindung mit der elektromagnetischen Einheit 4. Fig. 6 zeigt Signalwellenformen an verschiedenen Orten auf der Platine 38. Es sei darauf hingewiesen, daß in dieser Figur die Wellenformen mit einer gemeinsamen Zeitskalierung, jedoch nicht mit einer gemeinsamen Amplitudenskalierung dargestellt sind. Fig. 7 zeigt die typische Anzeige einer VDU.
• Die an die Spule 6 der elektromagnetischen Einheit 3 angelegte Anregungsspannung ist eine Rechteckwelle, die zwischen +5V- und -5V-pegeln alterniert - siehe Zeile 1 in Fig. 6. Sie wird durch einen Rechteckwellengenerator 50 erzeugt, der durch die Ausgabe des DAC 39 angestoßen wird. Eine Pegeländerung findet statt, wenn am DAC 39 10 Interupts empfangen wurden, so daß diese Änderungen alle 3 Millisekunden stattfinden und zu anderen Vorgängen synchronisiert sind. Energie wird an die zu überprüfende Struktur mittels der Erregerspule 6 aufgrund von Induktion immer dann übertragen, wenn sich der ins Material eindringende magnetische Fluß ändert. Jede Änderung der Rechteckwelle in Zeile 1 erzeugt eine schrittweise Änderung des magnetischen Flusses und als Folge hiervon wird ein markanter elektromagnetischer Impuls auf die zu überprüfende Struktur einwirken, der sich nach außen und in die Tiefe mit endlicher Geschwindigkeit fortbewegt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle von 1 kHz beträgt in Aluminium etwa 30 m/s. Wenn im Material keine Diskontinuitäten vorliegen, verteilen sich die Impulse im Material, obwohl sie dabei Wirbelströme hervorrufen, die das Feld an der Oberfläche der zu überprüfenden Struktur verändern und somit das Signal des Magnetdetektors 7 verändern. Die in die zu überprüfende Struktur eingeleiteten Stufenimpulse können als Impulse angesehen werden, die mehrere Komponenten unterschiedlicher Frequenzen aufweisen, und die niederfrequenten Komponenten werden weiter in die zu überprüfende Struktur eindringen als die anderen. Jede Diskontinuität innerhalb der zu überprüfenden Struktur, wie beispielsweise ein Riß oder eine Grenzfläche, die innerhalb des Einwirkungsbereichs der elektromagnetischen Einheit 4 liegt, wird ein gewisses Maß an Reflexion der einfallenden magnetischen Impulse hervorrufen, die zu einem gewissen Ausmaß das Oberflächenfeld verändern, das durch den Magnetdetektor 7 erfaßt wird, wenn er über die entsprechende Region der Oberfläche hinwegstreicht. Zeile 2 der Fig. 6 zeigt die allgemeine Form der Ausgabe des Magnetdetektors. Die Wellenform umfaßt ein alternierendes Signal synchron zur erregenden Recheckwelle. Jeder Anteil hat allgemein exponentielle Form, die durch zwei Hauptkomponenten festgelegt wird: das Rechteckwellen-Primärfeld, wie es durch den Erregerstrom erzeugt wird, und ein entgegengesetztes Sekundärfeld, das durch die Energie erzeugt wird, die aufgrund von elektromagnetischer Induktion in das Werkstück übertragen wird. Durch Untersuchung der Veränderung dieses Signals, wenn die elektromagnetische Einheit 4 rotiert, kann eine Information hinsichtlich der Positionierung der Sonde 10 in bezug auf die Befestigungseinrichtung (zur Unterstützung des Zentrierens) sowie bezüglich des Vorliegens und der Position von Rissen usw. in der zu überprüfenden Struktur gewonnen werden. Da die angelegten elektromagnetischen Impulse durch die zu überprüfende Struktur mit endlicher Geschwindigkeit laufen, werden Reflexionen aus unterschiedlichen Tiefen an der Oberfläche zu unterschiedlichen Zeiten eintreffen. Das durch den Magnetdetektor 7 erzeugte Signal wird in verschiedene Zeitschlitze unterteilt, die mit dem Rechteckenwellen-Anregungssignal synchronisiert sind (ein Schlitz pro Kanal der Analogleiterplatte 38), um die Unterscheidung von Defekten von anderen, das Feld verändernden Gegebenheiten zu unterstützen und um Informationen hinsichtlich der Tiefe der erfaßten Defekte zu erzeugen.
• Die elektrischen Verbindungen zur elektromagnetischen Einheit 4 erfolgen über dem Stecker 18 und die Schleifringe 16. Dem Hall-Effekt-Magnetdetektor 7 wird als Versorgungsspannung ein konstanter Gleichspannungspegel Vs&sub2; zugeführt. Das vom Magnetdetektor stammende Signal wird jedem der getrennten Kanäle auf der Analogleiterplatte zugeführt Entsprechend dem Ausmaß der in der Ausrüstung benötigten Tiefenunterscheidung können beliebig viele Kanäle vorgesehen sein. In Fig. 4 sind zwei Kanäle dargestellt, aber lediglich einer, mit C1 bezeichnet, wird genauer beschrieben, da die Schaltung der Kanäle identisch ist. Die Kanäle unterscheiden sich nur hinsichtlich ihrer jeweiligen Schaltverhalten und der sich daraus ergebenden Analysebänder.
• Die Eingangsstufe des Kanals weist einen Hochpaßfilter 51 (Knickfrequenz etwa 30 Hz) auf, der dazu dient, Veränderungen im Signalpegel während der Rundumüberprüfung aufgrund des Erfassens des Erdmagnetfelds auszuschalten. Im Verstärker 52 wird das gef ilterte Signal verstärkt und dann einem Anschluß S1 einer integrierten Schaltung (IC) 54 zum Schalten zugeführt. Ein paralleler Zweig führt vom Filterausgang über einen invertierenden Verstärker 53 mit einheitlicher Verstärkung zum Anschluß S2 des Schalt-IC. Der Anschluß S3 des Schalt-IC ist geerdet. Der Schalt-IC ist eine CMOS- Analog-Multiplexvorrichtung mit Zwischenspeicher, sie wird durch den Mikroprozessor 30 entsprechend einer vorbestimmten Schaltvorschrift für den Kanal betätigt, um in geeigneter Weise einen der Anschlüsse S1, S2 und S3 mit dem Ausgangsanschluß S4 zu verbinden. Alle Veränderungen der Schaltposition erfolgen auf einen Interupt hin und werden innerhalb eines Kanals an vorbestimmten Punkten synchron zum rechteckwelligen Anregungssignal vorgenommen. Für alle Kanäle findet eine Änderung zwischen den Verbindungen S1/S4 und S2/S4 statt, die sicherstellt, daß das Signal am Schalterausgang die gleichgerichtete Version des Eingangssignals ist. Für jeden Kanal gibt es innerhalb der Periode einer jeden Halbwelle ein Band, in dem das einlaufende Signal unterdrückt wird, indem die Verbindung S1/S4 oder S2/S4 unterbrochen und die Verbindung S3/S4 hergestellt wird. Dieses Band wird nachfolgend als ausgeblendetes Band, der Rest als durchgelassenes Band bezeichnet. Ein Kanal, beispielsweise Kanal C1 wird so gesteuert, daß der vordere Bereich jeder Halbwelle durchgelassen wird - typischerweise dieser ein Zehntel große Bereich zwischen dem ursprünglichen und dem ersten folgenden Interupt - während der Rest ausgeblendet wird. Der andere Kanal oder die anderen Kanäle werden so gesteuert, daß sie den vorderen Bereich jeder Halbwelle ausblenden und einen beliebigen Bereich (in Zehnteln) des verbleibenden Teils durchlassen. Die Zeilen 3 und 4 in Fig. 6 zeigen die Signalwellenform an S4 in zwei unterschiedlichen Kanälen. Zeile 3 zeigt das vordere, durchgelassene Signal im Kanal C1, und Zeile 4 zeigt das Signal in einem anderen Kanal, beispielsweise C2, in dem das vorderste Zehntel ausgeblendet und die verbleibenden neun Zehntel durchgelassen werden. Die Pegelveränderung von Halbwelle zu Halbwelle in Zeile 4 wird durch oberflächennahe Phänomene hauptsächlich bestimmt, da das Durchlaßzeitintervall nicht ausreichend Zeit zum Empfang von reflektierten Impulsen läßt, die aus tiefer liegenden Schichten stammen. Dies führt zu Unempfindlichkeit gegenüber Auswirkungen von Rissen innerhalb dieses Kanals und somit zu einem Signal, das zur Erreichung einer Anzeige des Ausrichtungsfehlers der Sonde ausgewertet werden kann. Die Pegeländerung von Halbwelle zu Halbwelle im vordersten, ausgeblendeten Kanal ist vergleichsweise unempfindlich gegenüber Oberflächenphänomenen und wird nicht gestört, wenn Oberflächenstrukturen wie eingedrückte Marken oder Zähne im Kopf der Befestigungseinrichtung vorliegen. Eine weitere Verringerung der Breite des durchgelassenen Bereichs des hinter dem ausgeblendeten ersten Bereichs liegenden Teils führt zu einem schmaleren durchgelassenen Band im Hinblick auf die Impuls/Reflexions-Laufzeit und führt so zu einer feineren Unterscheidung zur Abschätzung der Rißtiefe.
• Das durchgelassene Signal innerhalb jedes Kanals wird zum Eingang eines Tiefpaßfilters 55 erster Ordnung geleitet. An dieser Stufe ist das Signal auf eine Frequenz von 160 Hz zentriert mit einer möglichen Informationsbandbreite von ±40 Hz. Das Filtern des Signals mittels des Filters 55 verbessert den Signal/Rausch-Abstand merklich, da ein wesentlicher Anteil des breitbandigen Rauschens, das vom Hall-Effekt-Magnetdetektor 7 stammt, entfernt wird. Am Eingang zum Filter 55 wird das einlaufende Signal gegen einen erzeugten Gleichspannungs-Referenzpegel VD2 abgeglichen, um den Gleichspannungspegel zu verringern. Damit kann das Signal verstärkt werden, ohne daß die Schaltung aufgrund eines Gleichspannungspegels verstimmt wird und ermöglicht es, einen besseren dynamischen Bereich zu erhalten. Gesteuert durch den Mikroprozessor 30 wird vom DAC 40 die Referenzspannung VD2 erzeugt, und der Wert von VD2 wird dreimal pro Motorumdrehung aktualisiert, um die Ausgabe des Filters innerhalb vernünftiger Grenzen zu halten. Der Filter 55 integriert das durchgelassene Signal zur Abtastung, um Änderungen des Pegels von Halbwelle zu Halbwelle erfassen zu können. Die Ausrüstung ist so ausgelegt, daß sie drei verschiedene Signalverstärkungseinstellungen ermöglicht. Ein mittlerer Verstärkungspegel wird durch die nicht modifizierte Ausgabe des Filters 55 bereitgestellt, sie ist mit VO2 bezeichnet. Ein Verstärker 56 liefert eine Ausgabe mit hoher Verstärkung, als VO1 bezeichnet. Ein Spannungsteiler 57 liefert eine Ausgabe geringerer Verstärkung, als VO3 bezeichnet. Die Zeilen 5 und 6 zeigen typische Signalwellenformen am Ausgang des Filters 55 für einen das Vorderteil durchlassenden Kanal (Zeile 3) und einen den hinteren Abschnitt durchlassenden Kanal (Zeile 4) an. Man sieht, daß dieses Ausgangssignal einen Gleichspannungspegel aufweist, dem eine merkliche Welligkeit überlagert ist, die synchron zur anregenden Rechteckwelle (Zeile 1) läuft. Die Auswirkung dieser Welligkeit können unterdrückt werden, indem für jede Halbwellenperiode eine Folge von Abtastwerten zu Zeitintervallen genommen werden, die von Halbwelle zu Halbwelle synchronisiert sind, und für die dann der Mittelwert gebildet wird. Die drei Ausgangssignale (VO1 - VO3) eines jeden Kanals werden dem jeweiligen Eingang eines Analogmultiplexers 42 zugeführt, der durch den Bus 31 gesteuert wird. Für jeden Interupt führt der Multiplexer 42 eine Abtastfolge durch. Das Analogsignal aus jedem Kanal (auf dem Pegel VO1 - VO3, festgelegt durch den Mikroprozessor 30) wird nun wiederum einem ADC 43 für eine vorbestimmte Abtastperiode mittels einer Abfolge von Schaltvorgängen innerhalb des Multiplexers 42 zugeführt. Somit wird für jeden Interupt für jeden Kanal ein entsprechender Datenwert erzeugt. Zwischen den Änderungen der anregenden Rechteckwelle liegen alle drei Millisekunden pro Kanal zehn Datenwerte vor, es erfolgen 80 Änderungen pro Umdrehung der elektromagnetischen Einheit 4. Innerhalb der digitalen Schaltungen der Ausrüstung werden die zehn Datenwerte für jede Periode zwischen zwei aufeinanderfolgenden Änderungen der anregenden Rechteckwelle summiert und deren Durchschnittswert gebildet. Für diesen Mittelwert wird dann mit dem nächstfolgenden ein weiterer Mittelwert gebildet, um einen Mittelwert für diese zwei zu erzeugen. Dies liefert 80 verarbeitete Datenwerte pro Umdrehung der elektromagnetischen Einheit 4 pro Kanal der Ausrüstung, und jeder entspricht einer Messung, die an einer jeweiligen Winkelposition bei der Drehung erhalten wurde. Diese 80 verarbeiteten Datenwerte pro Umdrehung werden verwendet, um eine visuelle Anzeige auf der VDU 37 zu erzeugen. Fig. 7 zeigt eine typische Anzeige für eine zweikanalige Ausrüstung. Anzeige 1 zeigt die 80 verarbeiteten Datenwerte für den die vorderen Werte durchlassenden Kanal C1 der Ausrüstung. Anzeige 2 bezieht die Sondenposition auf den Mittelpunkt des Kopfes der Befestigungseinrichtung, diese Anzeige wird zur Unterstützung des manuellen Zentrierens der Sonde 10 verwendet. Die Anzeige 2 wird vom Mikroprozessor 30 aus den Daten erzeugt, die zur Erzeugung der Anzeige 1 verwendet werden, indem die Phase der Fehlausrichtungs-Sinuskurve bezüglich des positionsimpulses, der durch den magnetischen Aufnehmer 19 erzeugt wurde, bestimmt wird, und indem auch ihre Amplitude bestimmt wird. Anzeige 3 zeigt die 80 verarbeiteten Datenwerte für Kanal C2, der alles außer dem ersten Zehntel jeder Halbwelle durchläßt. Anzeige 3 zeigt eine merkliche, mit der Drehfrequenz behaftete sinusförmige Komponente, die sich aus der Fehlausrichtung ergibt. Sie wird verringert, wenngleich nicht vollständig ausgemerzt, indem iterativ manuell zentriert wird. Das verbleibende Element wird durch weitere Datenverarbeitung entfernt, um eine verbesserte, als Anzeige 4 dargestellte Sprungsignaldarstellung zu liefern. Die verwendete Technik addiert den ersten verarbeiteten Datenwert (wie weiter oben beschrieben ermittelt) zum vierzigsten, den zweiten zum einundvierzigsten usw. über 80 solche Werte hinweg. Die Veränderung dieser aufsummierten Werte über die Drehung hinweg ist von jeder sinusförmigen Grundfrequenz bereinigt, jedoch um den Preis des Erzeugens eines Scheinsignal des Risses. Das wahre Rißsignal wird vom Scheinsignal unterschieden, indem auf die zweiten Ableitungen der angenommenen Werte Bezug genommen wird, und das Scheinsignal wird unterdrückt, um die Anzeige 4 zu erzeugen. Anzeige 5, die sich auf die Winkelposition des Sprungs im Vergleich zur Sondenorientierung bezieht, wird ermittelt, indem die Phase eines Rißsignals, wie es in Anzeige 4 dargestellt ist, mit dem Positionsimpuls des magnetischen Aufnehmers 19 verglichen wird.
• Die beschriebene und dargestellte Ausrüstung weist eine Spule mit kreisförmiger Ebene und Kern auf, die gedreht wird, wobei sich der Magnetdetektor in der Sondeneinheit befindet, eine solche Drehung des Kerns wird jedoch nicht benötigt, um ein symmetrisches Feld mit kreisförmigem Einwirkungsbereich zu erzeugen. Eine andere Sondeneinheit kann einen in Sektoren unterteilten Kern oder einen linearen Kern, der im Gleichklang mit dem Magnetdetektor um die Mitte der Sonde herum gedreht wird, aufweisen. Es können andere Formen des Antriebsmotors oder der Sondenkonstruktion übernommen werden, genauso können andere Einrichtungen zur Umsetzung der beschriebenen Signalverarbeitung verwendet werden. Das durchgelassene Signal kann an einen Umschaltintegrator anstatt an einen Integrator in der Form eines Tiefpaßfilters geleitet werden. All diese Veränderungen der beschriebenen Erfindung sind Fachleuten geläufig und liegen im Bereich der beiliegenden Ansprüche.

Claims (10)

1. Verfahren zum zerstörungsfreien Überprüfen eines elektrisch leitenden Gegenstands auf das Vorliegen von Defekten hin mittels eines Wirbelstromverfahrens, mit den Schritten Anlegen eines wiederholtes Erregungssignals an eine Spule, die auf den Gegenstand aufgelegt wird und die entweder so ausgebildet ist, daß sie einen kreisförmigen Einwirkungsbereich des Magnetfelds erzeugt oder daß sie, um diesen zu erzeugen, gedreht wird, und Bewegen eines Magnetfelddetektors längs eines kreisförmigen Überprüfungswegs auf der Oberfläche des Gegenstands und innerhalb des Einwirkungsbereichs des Magnetfelds, und Überprüfen des vom Magnetfelddetektor erzeugten Feldsignals auf Veränderungen des Echoanteils in ihm, die sich aus der Positionsänderung auf dem Überprüfungsweg ergibt, wobei der Magnetfelddetektor eine Hall-Effekt-Vorrichtung oder eine andere Vorrichtung mit aufgrund einer schmalen Sensorfläche guter räumlicher Auflösung ist und auf niederfrequente Änderungen des Magnetfelds anspricht, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es ein Impulsechoverfahren ist, das als das an die Erregerspule angelegte Erregungssignal eine Rechteckwelle verwendet, die mit der Bewegung des Magnetfelddetektors synchronisiert ist: und weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Magnetfelddetektors wie folgt verarbeitet wird:

i. innerhalb des Feldsignals des Magnetfelddetektors wird zumindest eine Abfolge aufeinanderfolgender, einander entsprechender Signalteile definiert, nämlich je ein Signalteil innerhalb jeder Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen des Rechteckwellen-Erregungssignals, indem zu festgesetzten Zeitintervallen, die mit dem Erregungssignal synchronisiert sind, das Feldsignal für jede jeweilige Abfolge durch Gatter geleitet wird, so daß jede der jeweiligen Abfolgen aufeinanderfolgender Signalteile alle Echos der erregenden Rechteckwelle registriert, die vom Magnetfelddetektor an Positionen längs des Untersuchungspfads aus einem Zwischenbereich innerhalb des zu untersuchenden Gegenstands registriert werden, für die die zusammengesetzte Signallaufzeit zu dieser Tiefenzone hin und von dieser weg in das durch das Gatter geschaffene Zeitintervall fallen; und

ii. es wird der Signalpegel innerhalb jedes Signalteils jeder dieser Abfolgen gemessen und die gemessenen Pegel derselben längs der entsprechenden Folge miteinander verglichen, um dadurch jede Pegeländerung des vorherrschenden Hintergrundpegels in der Abfolge der Signalteile zu identifizieren, wobei eine solche Änderung die Folge der Erfassung eines Echos eines Defekts im Material des zu testenden Gegenstands in derjenigen Tiefenzone ist, die dem durch das Gatter geschaffenen Intervall entspricht, und wobei die Richtung der Position des Defekts durch die zeitliche Position der Pegeländerung innerhalb der jeweiligen Abfolge von Signalteilen angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldsignal zu bestimmten, mit der erregenden Rechteckwelle synchronisierten Zeitintervallen durchgelassen wird, so daß zumindest eine Folge von Signalteilen definiert wird, in der ein erster Zeitbereich des Feldsignals in der Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle ausgeschlossen ist1 wobei dieser ausgeschlossene zeitliche Bereich ausreichend groß ist, die Hinzunahme von Reflexionen der anregenden Rechteckwelle von der Oberfläche des zu überprüfenden Gegenstands innerhalb der Signalteile jeder Folge auszuschließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldsignalpegel innerhalb einer jeden Folge von Signalteilen zu bestimmten, mit dem anregenden Rechteckwellensignal synchronisierten Zeitintervallen gemessen wird, um für jedes Signalteil mehrere Messungen zu erzeugen, wobei aus diesen mehreren Messungen für jedes der Signalteile der Mittelwert gebildet wird, um einen Mittelwert für die jeweiligen einzelnen Signalteile zu erzeugen, wobei mit den aus diesen mehreren, synchronisierten Messungen erzeugten Mittelwerten Vergleiche der gemessenen Pegel in jeder Folge von Signalteilen durchgeführt werden, was zu Unempfindlichkeit gegenüber Störungen mit der periodizität des anregenden Rechteckwellensignals führt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das beim zerstörungsfreien Überprüfen von Befestigungseinrichtungen innerhalb eines elektrisch leitenden Gegenstands angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal, das eine vorliegende Fehlausrichtung zwischen dem Mittelpunkt des kreisförmigen Überprüfungswegs, längs dessen der Magnetfelddetektor bewegt wird, und dem Mittelpunkt einer darunterliegenden Befestigungseinrichtung anzeigt, dadurch gewonnen wird, daß das Durchlassen des Feldsignals zeitlich so gesteuert wird, daß eine Folge von Signalteilen erzeugt wird, die lediglich aus einem ersten Zeitbereich der Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle bestehen, so daß aus dieser Folge von Signalteilen alle Echos der anregenden Rechteckwelle ausgeschlossen werden, die von unterhalb der Oberfläche des zu überprüfenden Gegenstand her stammen, sowie dadurch gekennzeichnet, daß der Signalpegel innerhalb jedes Signalteils dieser Folge gemessen und mit dem der anderen in der gleichen Folge verglichen wird, um die Position des Spitzensignalpegels innerhalb dieser Folge sowie die Größe derselben zu bestimmen.

5. Vorrichtung zur Verwendung im Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Erregerspule, einem Magnetfelddetektor, der eine Hall-Ettekt-Vorrichtung oder eine ähnliche Vorrichtung ist, die aufgrund einer kleinen Sensorfläche eine gute räumliche Auflösung hat und die auf niederfrequente Änderungen des Magnetfelds anspricht, und einer Drehantriebseinrichtung, wobei alles in einer Sondeneinheit angebracht ist, die über dem zu überprüfenden Gegenstand anzubringen ist, und wobei die Sondeneinheit so gestaltet ist, daß der Magnetfelddetektor durch die Drehantriebseinrichtung längs eines kreisförmigen Überprüfungswegs angetrieben wird, der unmittelbar über dem zu überprüfenden Gegenstand liegt, und wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie aufweist:

i. einen Anregungssignal-Generator, der die Anregungsspule mit einem periodischen Rechteckwellen-Anregungssignal beaufschlagt, das mit der Bewegung des Magnetfelddetektors synchronisiert ist;

ii. einen Feldsignal-Prozessor, der der Verarbeitung der Ausgabe des Magnetfelddetektors dient und der zumindest einen Kanal aufweist, wobei jeder Kanal eine Schaltvorrichtung aufweist, die dazu dient, das vom Magnetfelddetektor einlaufende Feldsignal in Zeitintervallen durch ein Gatter laufen zu lassen, die mit dem Recheckwellen-Anregungssignal synchronisiert sind, um eine Folge von aufeinanderfolgenden, einander entsprechenden, zeitbegrenzten Signalteilen desselben weiterzuleiten, und zwar ein solches Signalteil für jede Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen des rechteckwelligen Anregungssignals, sowie eine Integrationsschaltung, die der Integrierung des Signals innerhalb jedes weitergeleiteten Signalteils der Folge dient;

iii. eine Meßeinrichtung, die der Messung des integrierten Signalpegels für jedes Signalteil des Feldsignals in seiner jeweiligen Folge für einen oder jeden Kanal des Feldsignalprozessors dient; und

iv. eine Einrichtung, die der Durchführung eines Vergleichs zwischen den gemessenen integrierten Signalen für jedes Signalteil des Feldsignals in einer jeweiligen Folge dient, so daß Veränderungen desselben im Vergleich zum Hintergrundpegel erkennbar werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Feldsignalprozessor zumindest zwei Kanäle aufweist, die unterschiedliche Folgen von Signalteilen des Feldsignals definieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, die einen Kanal im Feldsignalprozessor hat, der eine Folge derjenigen Signalteile des Feldsignals liefert, die einen ersten zeitlichen Bereich jeder Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle haben, und der zumindest einen weiteren Kanal im Signalprozessor hat, der dazu ausgelegt ist, eine Folge derjenigen Signalteile zu liefern, die den verbleibenden Bereich jeder Periode oder einen Bruchteil bzw. Bruchteile davon aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, die einen Computer mit einem Prozessor und einer Speichereinheit aufweist, wobei der Computer so ausgerichtet und programmiert ist, daß er die Synchronisierung zwischen dem Erregungssignalgenerator und den aufeinander abgestimmten Vorgängen der Schaltvorrichtung in jedem Kanal des Feldsignalprozessors beibehält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Computer so ausgelegt und programmiert ist, daß er die Meßeinrichtung dazu veranlaßt, den integrierten Signalpegel jedes Signalteils des Feldsignals in ihrer jeweiligen Folge zumindest einmal für jedes Signalteil abzufragen, und zwar zu Zeitpunkten, die mit der anregenden Rechteckwelle synchronisiert sind, um für jedes Signalteil in einer jeweiligen Folge einen Wert oder einen Mittelwert zu erzeugen, der mit den Werten anderer Signalteile in der gleichen Folge verglichen werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, die zur Verwendung an Positionen von Befestigungseinrichtungen ausgelegt ist, und die eine Sichtanzeigeeinheit aufweist, wobei zumindest im Zentriermodus der Vorrichtung ein Kanal des Feldsignalprozessors dazu ausgelegt ist, eine Folge derjenigen Signalteile des Feldsignals zu erzeugen, die einen ersten Zeitbereich jeder Periode zwischen aufeinanderfolgenden Pegeländerungen der anregenden Rechteckwelle aufweisen, und wobei der Computer so ausgelegt und programmiert ist, daß er den integrierten Signalpegel jedes Signalteils in der Folge mißt, diese Pegel miteinander vergleicht und durch Feststellen der position des Spitzenpegels in der Folge der Signalteile sowie des Betrags des Spitzenpegels Anzeigen ermittelt, die den Richtungswinkel des Ausrichtungsfehlers bzw. des Korrekturwinkels sowie den Ausrichtungsfehlerabstand angeben.